2.Законы отражения и преломления света. Полное отражение света. Линза. Формула тонкой линзы. Оптические приборы. Оптические кабели на ж/д.

На границе раздела двух различных сред, если эта граница раздела значительно превышает длину волны, происходит изменение направления распространения света: часть световой энергии возвращается в первую среду, то есть отражается, а часть проникает во вторую среду и при этом преломляется. Луч АО носит название падающий луч, а луч OD – отраженный луч (см. рис. 1.3). Взаимное расположение этих лучей определяют законы отражения и преломления света.

Рис. 1.3. Отражение и преломление света.

Угол α между падающим лучом и перпендикуляром к границе раздела, восстановленным к поверхности в точке падения луча, носит название угол падения.

Угол γ между отражённым лучом и тем же перпендикуляром, носит название угол отражения.

Закон отражения света:

1. Угол падения равен углу отражения. α=γ 2. Падающий луч, луч отраженный и перпендикуляр, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости.

Преломление света – это  изменение направления распространения света при прохождении через границу раздела двух сред.

Закон преломления света. 1.  Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления для двух данных сред есть величина постоянная где n –  это относительный показатель преломления  (иначе  показатель преломления второй среды относительно первой) 2. Луч падающий и луч преломленный лежат в одной плоскости с перпендикуляром к поверхности раздела двух сред, восстановленным в точке падения луча. Показатель преломления Физический смысл  относительного показателя преломления (иначе показателя преломления второй среды относительно первой):  он показывает во сколько раз  скорость света в  той среде, из которой луч выходит, больше скорости света в той среде, в которую он входит. Кроме того, каждая среда, через которую проходит луч света, характеризуется  абсолютным показателем преломления: Абсолютный показатель преломления -  это показатель преломления среды относительно вакуума. Он равен отношению скорости света в вакууме к скорости света в данной среде. Среда с меньшим абсолютным показателем преломления называется оптически менее плотной средой. Для вакуума (воздуха)  абсолютный показатель преломления среды = 1. Таким образом, вакуум обладает наименьшей оптической плотностью.

 Полное внутреннее отражение наблюдается при переходе света из среды оптически более плотной в оптически менее плотную среду.

Угол падения, при котором свет не преломляется в другую среду, а отражается и скользит вдоль раздела двух сред (т.е. угол преломления равен 90⁰), называется предельным углом полного отражения.

Для стекла предельный угол полного отражения равен 42⁰, для воды 49⁰

	Линзой называют прозрачное для света тело, ограниченное двумя сферическими поверхностями. Собирающие Рассеивающие выпуклые линзы (середина линз толще краев). вогнутые линзы.(края толще середины). обозначение:  обозначение:
	Линзу, у которой толщина пренебрежимо мала по сравнению с радиусами кривизны поверхностей, ограничивающих линзу, называют тонкой
	Основные понятия, используемые для описания хода лучей через линзы Главная оптическая ось - прямая, проходящая через центры кривизны С 1 и С 2. Оптический центр линзы - центральная точка О , через которую лучи походят, не изменяя направление. Фокус линзы ( F ) - точка на главной оптической оси, в которой пересекаются после преломления лучи (или их продолжения), падающие на линзу параллельно главной оптической оси. У любой линзы - два фокуса. Собирающая линза Рассеивающая линза Фокусы являются действительными, т.к. пересекаются сами лучи Фокусы являются мнимыми, т.к. пересекаются продолжения лучей Фокусное расстояние F - расстояние от оптического центра (точка О ) до фокуса. У собирающей линзы F > 0, у рассеивающей - F < 0. Фокальная плоскость - плоскость, проходящая через главный фокус линзы перпендикулярно оптической оси АА' . Оптическая сила линзы D - величина, обратная фокусному расстоянию: D =1/F  У собирающей линзы D > 0,  у рассеивающей D < 0. Единица измерения - диоптрия. 1 дптр = 1м -1 .

Формула тонкой линзы. Если расстояние от предмета до линзы обозначить через d, а расстояние от линзы до изображения через f, то формулу тонкой линзы можно записать в виде:

 

Величину D, обратную фокусному расстоянию. называют оптической силой линзы. Единица измерения оптической силы является 1 диоптрия (дптр). Диоптрия – оптическая сила линзы с фокусным расстоянием 1 м:

1 дптр = м–1.

Фокусным расстояниям линз принято приписывать определенные знаки: для собирающей линзы F > 0, для рассеивающей F < 0.

Величины d и f также подчиняются определенному правилу знаков:

• d > 0 и f > 0 – для действительных предметов (то есть реальных источников света, а не продолжений лучей, сходящихся за линзой) и изображений;

• d < 0 и f < 0 – для мнимых источников и изображений.

Применение геометрической оптики, т.е. применение линз и зеркал.

1. Фотоаппарат;

2. Фотоувеличитель;

3. Микроскоп;

4. Телескоп;

5. Проектор;

6. Волоконно-оптическая связь.

Разработка световодных систем и их опытная эксплуатация на железнодорожном транспорте началась в начале 80-х годов. В этих системах связи сигналы, несущие информацию, передают по оптическим световодам, которые представляют собой тонкие нити специальной конструкции, изготовленные из диэлектрического материала, прозрачного для применяемого излучения. Волоконные световоды из особо чистого кварцевого стекла называются оптическими волокнами и составляют основу оптических кабелей.

Билет 18.